segunda-feira, 28 de outubro de 2019

Início da vida na Terra limitado por enzimas

O gráfico de Anabaena cylindrica, uma cianobactéria filamentosa, aquarela de 1946 por GE Fogg, FRS. Crédito: GE Fogg, FRS
A enzima nitrogenase pode ser rastreada até o ancestral comum universal de todas as células há mais de quatro bilhões de anos atrás.
 
Encontrada apenas em bactérias atualmente, a é essencial para a produção de partir da água na fotossíntese, tornando-a fundamental na maneira como as bactérias aquáticas produziram o primeiro oxigênio molecular da Terra há 2,5 bilhões de anos.
 
"Durante metade dos 4,6 bilhões de anos de existência da Terra, a atmosfera continha apenas e nitrogênio, sem oxigênio, mas isso mudou quando as cianobactérias, também conhecidas como , começaram a produzir o primeiro oxigênio usando nitrogenase. Isso levou à Grande Oxidation Event ", explicou o professor John Allen (UCL Genetics, Evolution & Environment).
 
"Mas, em vez de aumentar constantemente, estabilizaram em 2% em volume por cerca de dois bilhões de anos antes de aumentar para o nível atual de 21%. As razões para isso foram debatidas há muito tempo pelos cientistas e achamos que finalmente encontramos uma solução simples. resposta ainda robusta ".
 
Um estudo publicado hoje no Trends in Plant Sciences por pesquisadores da UCL, da Universidade Queen Mary de Londres e da Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, propõe pela primeira vez que o oxigênio atmosférico produzido usando nitrogenase impediu o funcionamento da enzima.
 
Esse ciclo de feedback negativo impediu que mais oxigênio fosse produzido e iniciou um longo período de estagnação na história da Terra, cerca de 2,4 bilhões de anos atrás.
 
Com duração de quase dois bilhões de anos, o Proterozoico Eon viu muito poucas mudanças na evolução da vida, composição do oceano e da atmosfera e clima, levando alguns a chamá-lo de 'bilhão chato'.
 
"Há muitas idéias sobre por que níveis de estabilizaram em 2% por um período incrivelmente longo, incluindo o oxigênio reagindo com íons metálicos, mas notavelmente, o papel principal da nitrogenase foi completamente esquecido", disse o co-autor do estudo, professor. William Martin (Universidade de Heinrich-Heine-Düsseldorf).
 
"Nossa teoria é a única que explica o impacto global na produção de oxigênio por um período tão longo e explica por que foi capaz de subir aos níveis que vemos hoje, alimentando a evolução da vida na Terra".
 
A equipe diz que o terminou apenas quando as usinas conquistaram terras há cerca de 600 milhões de anos atrás.
 
Quando as plantas terrestres emergiram, suas células produtoras de oxigênio nas folhas foram fisicamente separadas das células contendo nitrogenase no solo. Essa separação permitiu que o oxigênio se acumulasse sem inibir a nitrogenase.
 
Essa teoria é apoiada por evidências no que as cianobactérias começaram a proteger a nitrogenase em células dedicadas chamadas heterocistos cerca de 408 milhões de anos atrás, uma vez que os níveis de oxigênio já estavam aumentando da fotossíntese em plantas terrestres.
 
"A nitrogenase é essencial para a vida e o processo de fotossíntese, pois fixa o nitrogênio no ar em amônia, que é usada para produzir proteínas e ", disse a co-autora Brenda Thake (Universidade Queen Mary de Londres).
 
"Sabemos, estudando as cianobactérias em laboratório, que a nitrogenase deixa de funcionar a níveis atmosféricos atuais superiores a 10%, ou seja, 2% em volume, pois a enzima é rapidamente destruída pelo oxigênio. Apesar de ser conhecido pelos biólogos, não foi foi sugerido como um motorista por trás de um dos grandes mistérios da Terra, até agora. "

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